Los impactos de la NIR durante el proceso en la producción industrial y alimentaria (Processing Magazine)

Este artículo apareció originalmente en Processing Magazine. Haga clic aquí para acceder al artículo en el sitio web de la publicación.

Desde polvos a granel hasta productos horneados, el control de la humedad ocupa un lugar destacado entre los esfuerzos de garantía de calidad más importantes de las plantas de fabricación por procesos. Las variaciones de humedad y temperatura influyen directamente en la calidad del producto, generan costos operativos y energéticos adicionales y provocan el desperdicio de productos si no existen medidas de control de parámetros.

Sin embargo, teniendo en cuenta que la mayoría de las plantas industriales y de procesamiento de alimentos tienen entornos operativos hostiles, no bastará con cualquier analizador de humedad. El control de la humedad es necesario en momentos especialmente difíciles, como al salir de una secadora o un horno, al pasar por una cinta transportadora abierta con partículas suspendidas en el aire o al mirar al interior de un depósito, una tolva, una barrena, etc.

A medida que las iniciativas ecológicas se afianzan y el crecimiento salarial alienta a los gerentes de planta a analizar los costos, los medidores de humedad en línea se han convertido en instrumentos que impulsan el ROI para ayudar a las empresas a controlar la calidad y tomar mejores decisiones operativas con datos en tiempo real. Para muchos procesos industriales y de producción de alimentos, los medidores de humedad en línea con infrarrojo cercano (NIR) han ganado popularidad para ayudar a las empresas a alcanzar estos objetivos.

Analizadores de humedad en línea: ¿Qué hay disponible en la actualidad?

Si bien en la actualidad se utilizan varios tipos de analizadores rápidos de humedad en línea en los procesos industriales, dos de los más comunes son NIR y radiofrecuencia (RF). Las tecnologías de microondas y capacitancia son otros tipos de analizadores de humedad, pero no son adecuadas para la producción de alimentos o polvo a granel. Además, las tecnologías de infrarrojos (IR) se utilizan con frecuencia en la fabricación, pero estos instrumentos de infrarrojos solo miden la temperatura, no la humedad.

Cada tipo de sensor tiene sus puntos fuertes y se elige en función de los requisitos específicos del proceso y la profundidad de medición necesaria.

Análisis de humedad NIR en línea

La NIR es una medición de superficie: el contenido de humedad se mide dirigiendo la luz NIR y analizando la reflectancia de la luz de la muestra. Es un método de análisis de humedad secundario, lo que significa que cada instrumento debe calibrarse para cada tipo de material que esté midiendo. El medidor NIR también debe instalarse a una distancia fija del producto (~200-450 mm (8-18 pulgadas)).

El NIR también ofrece la posibilidad de medir otros parámetros de calidad, como la temperatura y las resinas/aceites, todo ello desde un único instrumento que ocupa muy poco espacio en una planta de producción. Estas ventajas hacen que el NIR sea idóneo para analizar la humedad de productos homogéneos que tienen una distribución uniforme de la humedad, desde los productos químicos en polvo hasta los aperitivos.

Análisis de humedad RF en línea

La radiofrecuencia es una medición penetrante que transmite una señal a través de un producto para recopilar su contenido de humedad en función de las propiedades dieléctricas del agua. Los analizadores de RF son ideales para productos heterogéneos que tienen una masa de producto específica, una forma y una densidad uniformes.

Los analizadores de humedad por radiofrecuencia proporcionan el perfil de humedad completo de los productos que, por lo general, tienen una profundidad de penetración inferior a 10 mm (4 pulgadas). Se utiliza con frecuencia en la fabricación de tableros (tableros de partículas, yeso, aislantes, etc.) y en la fabricación de pellets de madera y productos bioenergéticos. Sin embargo, existen mejores opciones que la radiofrecuencia para alimentos o productos no homogéneos.

El NIR es el método de análisis de humedad sin contacto más práctico y flexible para muchos procesos industriales y, principalmente, para todos los procesos de producción de alimentos. Además, estos sistemas son robustos, solo requieren una instalación pequeña y están disponibles con accesorios para medir la humedad prácticamente en cualquier parte del proceso en la que se necesite, por lo que la mayoría de los propietarios de plantas no necesitan buscar nada más.

Ejemplos de análisis de humedad en línea en el procesamiento a granel

Control de calidad del polvo cerámico

La arcilla, el talco y otros componentes minerales se extraen, refinan, mezclan y secan hasta un nivel de humedad determinado antes de formarse en una prensa de polvo o pistón a una presión muy alta. El control de la humedad de la arcilla y el polvo es fundamental para producir pavimentos y revestimientos de calidad y de dimensiones uniformes y para garantizar la seguridad de las operaciones de fabricación.

Las baldosas moldeadas varían en humedad hasta en un 6% y deben secarse al horno o al aire hasta un 1% antes de la cocción en el horno. Incluso un porcentaje mínimo superior al 1% puede provocar resultados explosivos.

Los medidores de humedad NIR en línea ofrecen la capacidad de medir la humedad de un transportador que transporta polvo de arcilla a etapas posteriores de producción. La mayoría de las empresas han conseguido posicionar el medidor inmediatamente después de cambiar el transportador, lo que permite analizar con precisión la humedad de los productos recién torneados.

Esta medición en línea no solo puede mejorar la calidad del producto, sino que también garantiza un entorno de fabricación seguro.

Ahorro de costos de energía en el secado de arena

El contenido de humedad en la arena es un parámetro de calidad fundamental que se utiliza para desarrollar materiales de construcción (yeso, mortero, hormigón y otros). La mayoría de las empresas de producción almacenan su arena al aire libre expuesta a la intemperie, lo que significa que el contenido de humedad de la materia prima puede variar significativamente. Luego, cuando llegue el momento de usar la arena en la producción, pasarán el producto por secadores de alta potencia.

Las empresas que no conozcan el contenido de humedad de la arena antes o después de entrar en el horno podrían estar aumentando los costos de energía sin saberlo e innecesariamente. Por lo tanto, la NIR durante el proceso puede ayudar a impulsar el retorno de la inversión para las empresas de producción de arena y otros fabricantes de materiales a granel que siguen procesos de secado similares antes de la producción.

En primer lugar, la instalación de un medidor de humedad NIR en línea en un transportador de arena entrante ayuda al operador a medir el contenido de humedad antes del proceso de secado. Si la ubicación de procesamiento ha tenido un período prolongado de clima seco o si la arena se transporta desde un nuevo búnker, la arena entrante podría tener un contenido de humedad más bajo. Por lo tanto, el operador puede ajustar la temperatura de su horno para reducir el consumo de energía. Los datos en tiempo real de un analizador NIR en línea facilitan esta decisión.

Luego, para cerrar el círculo de la calidad, algunos fabricantes de arena instalan un analizador NIR en línea a la salida de la secadora para garantizar la humedad adecuada o, posiblemente, redirijan la arena nuevamente a través de la secadora si hay demasiada humedad. La empresa puede beneficiarse de la garantía de productos de máxima calidad para sus clientes, y el ahorro de energía que suponen estas tecnologías permite amortizar sus sistemas rápidamente.

Ejemplos de análisis de humedad en línea en la producción de alimentos

Control de la humedad y la grasa de los bocadillos producidos en lotes

Las papas fritas cocinadas en hervidor son las favoritas entre los consumidores de bocadillos y son conocidas principalmente por su textura extra crujiente en comparación con las papas fritas estándar. Por lo tanto, el control del contenido de humedad y grasa es importante para la calidad del producto, no solo para la textura y el sabor, sino que el exceso de humedad y grasa puede provocar la formación de moho en el envase del producto.

En este proceso de producción, las patatas fritas se fríen en hervidores individuales y se pasan por una cinta transportadora. El producto sale de la tetera a velocidades intermitentes, acumulándose hasta alcanzar un punto máximo y bajando gradualmente a medida que la tetera se vacía. Esto significa que, en determinados momentos, la profundidad del lecho del producto no será uniforme.

Para solucionar este problema, el ingeniero de aplicaciones trabajó con el usuario para determinar la altura ideal aproximada (250 mm (aproximadamente 10 pulgadas por encima del producto)) y la ubicación en el transportador para colocar el analizador y obtener una medición representativa (Figura 2). Solo después de realizar pruebas cuidadosas se alcanzó la altura ideal del analizador.

El hecho de equipar el sensor con un accesorio de refrigeración por aire también permitió un funcionamiento sin preocupaciones en un lugar de funcionamiento caluroso y húmedo. Ahora, el productor de patatas fritas puede obtener lecturas precisas del contenido de humedad y grasa de sus patatas fritas, incluso sin un flujo continuo de producto.

Análisis de humedad y grasa antes y después de hornear

Los productores de galletas de gran volumen suelen formar largas láminas de masa con sus productos antes de hornearlos. Ya utilizan la tecnología NIR en línea para analizar ocasionalmente el contenido de humedad y grasa de las muestras. Sin embargo, dado el volumen de productos que producen a un ritmo constante, se hizo necesario un método durante el proceso para controlar estos parámetros a fin de gestionar los costos y mejorar la consistencia del producto final.

Su prioridad inicial era evaluar el contenido de humedad y grasa de la masa para galletas mezcladas al salir de la laminadora de masa. Para esta instalación, un medidor de humedad NIR en línea y estático colocado a la salida de la laminadora ayudó a obtener las medidas representativas que necesitaban para determinar la calidad de la masa antes de hornearla (Figura 3).

A medida que los productos salen del horno, el analizador fijado al marco escanea continuamente todo el ancho de la salida del horno para detectar el contenido de humedad del producto. Desde la pantalla, el operador podía determinar si una sección concreta del horno estaba demasiado caliente o demasiado fría y hacer las correcciones necesarias.

La NIR en línea permite el análisis de humedad en todos los lugares donde sea importante

La flexibilidad, la compacidad y el diseño sencillo hacen que las tecnologías NIR en línea sean un método excelente para que los productos industriales y los procesadores de alimentos analicen la humedad en las etapas críticas de su proceso. Al priorizar el proceso las necesidades básicas para una instalación exitosa, y al trabajar con un proveedor de tecnología acreditado, surgen constantemente nuevos usos y aplicaciones novedosas para esta tecnología.